浪涌電流的防護(hù)及元件選擇

　　據(jù)統(tǒng)計，電子產(chǎn)品的故障有75%是由于瞬變和浪涌造成的。電壓的瞬變和浪涌無處不在，為了提高電子產(chǎn)品的可靠性和人體自身的安全性，有三種浪涌防護(hù)措施，而涌保護(hù)器為電子設(shè)備的電源浪涌防護(hù)提供了一種簡便、經(jīng)濟(jì)、可靠的方法。

　　浪涌是一種上升速度高、持續(xù)時間短的尖峰脈沖。浪涌總的來講就是一個過電壓，該過電壓對電子信息平臺（機(jī)房）來講，主要是對電子設(shè)備的心臟的微電子芯片，造成電子設(shè)備的損壞，輕者造成電子設(shè)備的嚴(yán)重干擾。其產(chǎn)生原因是多方面的，諸如：電網(wǎng)過壓、開關(guān)打火、虬源反向、靜電、電機(jī)/電源噪聲等。眾所周知，電子產(chǎn)品在使用中經(jīng)常會遇到意外的電壓瞬變和浪涌，從而導(dǎo)致電子產(chǎn)品的損壞，損壞的原因是電子產(chǎn)品中的半導(dǎo)體器件(包括二極管、晶體管、可控硅和集成電路等)被燒毀或擊穿。電壓的瞬變和浪涌無處不在，電網(wǎng)、雷擊、爆破，就連人在地毯上行走都會產(chǎn)生上萬伏的靜電感應(yīng)電壓，這些，都是電子產(chǎn)品的隱形致命殺手。因此，為了提高電子產(chǎn)品的可靠性和人體自身的安全性，必須對電壓瞬變和浪涌采取防護(hù)措施。

　　對浪涌的防護(hù)方法

　　其方法之一是使整機(jī)和系統(tǒng)接地，整機(jī)和系統(tǒng)的地(公共端)和大地應(yīng)分開，整機(jī)和系統(tǒng)中的每個子系統(tǒng)均應(yīng)有獨立的公共端，在子系統(tǒng)之間需傳輸數(shù)據(jù)或信號時，應(yīng)以大地為參考電平，接地線(面)必須能流過很大的電流，如幾百安培。第二種防護(hù)方法是在整機(jī)和系統(tǒng)中的關(guān)鍵部位(如電腦的顯示器等)采用電壓瞬變和浪涌的防護(hù)器件，使電壓瞬變和浪涌通過防護(hù)器件旁路到子系統(tǒng)地和大地，從而讓進(jìn)入整機(jī)和系統(tǒng)中的瞬變電壓和浪涌幅度大大降低。第三種防護(hù)方法是對重要和昂貴的整機(jī)和系統(tǒng)采用幾個電壓瞬變和浪涌防護(hù)器件的組合形式，以構(gòu)成多級防護(hù)電路。

　　浪涌保護(hù)器為電子設(shè)備的電源浪涌防護(hù)提供了一種簡便、經(jīng)濟(jì)、可靠的防護(hù)方法，通過防浪涌元件(MOV)，在雷擊感應(yīng)及操作過電壓時，迅速將浪涌能量傳入大地，保護(hù)設(shè)備免遭損害。

　　(1)串聯(lián)濾波型電涌保護(hù)器串聯(lián)接入供電線路中

　　為貴重的電子設(shè)備提供安全、潔凈的電源，雷電波除了有巨大的能量外，還有極其陡峭的電壓及電流上升率。并聯(lián)型電涌保護(hù)器只能抑制雷電波的幅值，但無法改變其急劇上升的前沿。串聯(lián)濾波型電源電涌保護(hù)器串聯(lián)于供電線路上。在過電壓情況下MOV1、MOV2在納妙級時間內(nèi)做出響應(yīng)，將過電壓箝位；同時LC濾波器將雷電波陡峭的電壓，電流提升率降低近1000倍，殘壓降低5倍，從而保護(hù)敏感的用戶設(shè)備。

　　(2)并聯(lián)型電涌保護(hù)器并聯(lián)于供電線路上

　　在正常情況下，防雷模塊內(nèi)的壓敏電阻處于高阻狀態(tài)。電網(wǎng)遭受雷擊或開關(guān)操作出現(xiàn)瞬時浪涌過電壓時，防雷器在納秒級時間內(nèi)響應(yīng)，壓敏電阻呈低阻狀態(tài)，迅速將過電壓限制在一個很低的幅值內(nèi)。

　　當(dāng)線路中有較長時間的持續(xù)脈沖或持續(xù)過電壓，壓敏電阻器性能劣化而發(fā)熱到一定程度使熱脫機(jī)構(gòu)脫扣，避免火災(zāi)發(fā)生，從而保護(hù)設(shè)備。

　　(3)在電源線的相間、線間安裝壓敏限幅型元件，以限制浪涌過電壓。

　　第一種方法對照明、電梯、空調(diào)、電機(jī)等耐沖擊電壓水平較高的電氣設(shè)備的防護(hù)效果比較好。但對于集成度高、結(jié)構(gòu)緊湊的現(xiàn)代電子設(shè)備來說，實際防護(hù)效果就不那么令人滿意了。理由如下：

　　以單相220V交流電源的感應(yīng)雷擊防護(hù)為例，常用方法在零、地線之間并上合適的壓敏型元件，以吸收限制感應(yīng)雷擊產(chǎn)生的尖峰電壓。電源線路防雷效果的好壞完全取決于壓敏器件參數(shù)的選擇和壓敏器件工作的可靠性。壓敏限幅值的選擇是在市電的峰值310V的基礎(chǔ)上加上20%的電網(wǎng)波動影響、10%的器件分散性誤差和15%的因長期工作造成發(fā)熱、受潮、元件老化等可靠性因素補(bǔ)償，一般取值為470V～510V。感應(yīng)雷擊等各種尖峰干擾電壓都被限制在470V。對于470V以下的電壓，壓敏器件不動作。普通低壓電器設(shè)備(機(jī)床、電梯、照明、空調(diào)等)的工頻耐壓值一般為交流1500V，而瞬間耐壓峰值可達(dá)2500V以上，所以470V的電壓是十分安全的。但大規(guī)模集成電路組成的現(xiàn)代電子設(shè)備的工作電壓一般為±5V～±15V之間，最高耐壓值一般不超過50V，所以疊加在市電上的小于470V的高頻尖峰電壓就會直接送入負(fù)載，通過空間耦合電容，變壓器層間、極間電容不成比例地傳到開關(guān)電源或集成電路芯片上，能造成故障。盡管高頻開關(guān)電源和電子設(shè)備都有相應(yīng)的防尖峰干擾措施，但受成本和體積限制，再加上感應(yīng)雷擊等尖峰干擾的強(qiáng)度、頻譜變化很大，所以防護(hù)效果不理想。這還是在壓敏限幅元件比較理想的情況下得出的效果，實際上由于壓敏元件殘壓和引線電感的影響，在較強(qiáng)感應(yīng)雷擊下，可能會導(dǎo)致實際限幅電壓峰值升到800V～1000V以上，而使后級電子設(shè)備遭受威脅。

　　(4)加強(qiáng)對電子設(shè)備的防護(hù)效果，在電源與負(fù)載間串入超隔離變壓器(又稱隔離法)，以隔絕高頻尖峰干擾，同時又可使次級等電位聯(lián)接便于進(jìn)行。

　　隔離法主要采用帶屏蔽層的隔離變壓器。由于共模干擾是一種相對大地的干擾，所以它主要通過變壓器繞組間的耦合電容來傳遞。如果在初、次級之間插入屏蔽層，并使之良好接地，便能使干擾電壓通過屏蔽層分路掉，從而減小輸出端的干擾電壓。理論上帶屏蔽層的變壓器能使衰減量達(dá)到60dB左右。但隔離效果的好壞，往往取決于屏蔽層的工藝。最好選用 0.2 mm厚的紫銅板材，原邊、副邊各加一個屏蔽層。通常，原邊的屏蔽層通過一個電容器與副邊的屏蔽層接到一起，再接到副邊的地上。也可以原邊的屏蔽層接原邊的地線，副邊的屏蔽層接到邊的地線。并且接地引線的截面積也要大一些好。采用帶屏蔽層的隔離變壓器，是個好方法，只是體積較大。

　　這種方法因變壓器功能過于單一，相對體積、重量大，安裝不甚方便，對中、低頻尖峰和浪涌防護(hù)效果不好，因此市場有限，生產(chǎn)廠家也不多。所以非特殊場合一般都不用。

　　(5)吸收法

　　吸收法主要采用吸波器件將浪涌尖峰干擾電壓吸收掉。吸波器件都有共同的特點，即在閾值電壓以下呈現(xiàn)高阻抗，而一旦超過閾值電壓，則阻抗便急劇下降，因此對尖峰電壓有一定的抑制作用。這類吸波器件主要有壓敏電阻、氣體放電管、TVS管、固體放電管等。不同的吸波器件對尖峰電壓的抑制也有各自的局限性.如壓敏電阻的電流吸收能力不夠大；氣體放大電管的響應(yīng)速度較慢。

　　TVS(Transient Voltage Suppressor)是一種新型高效的吸收電源進(jìn)線上尖峰脈沖的器件。TVS又稱TVP，中文譯作瞬變電壓抑制器，事實上是一種特殊的穩(wěn)壓二極管。當(dāng)它的兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度把兩端問的阻抗值由高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收～個瞬間大電流，從而把它的兩端電壓鉗制在一個預(yù)定的數(shù)值上，保護(hù)了后面的電路元件不受瞬態(tài)高壓尖峰脈沖的沖擊。正因為如此，其防雷效果也很好。TVS管和穩(wěn)壓管一樣，是反向應(yīng)用的。與穩(wěn)壓管不同的是，TVS管可以承受的最大峰值電流甚至可高達(dá)數(shù)百安培，最大脈沖功率可以達(dá)到5000W，鉗位響應(yīng)時間僅為10-12，圖1是TVS用于普通電源進(jìn)線的原理圖。這里采用的是雙向TVS管，它對于電網(wǎng)的尖峰脈沖電壓和雷電疊加電壓等都能有效的吸收。TVS的用途很多，它還可用作防雷以及各種大功率器件的保護(hù)和吸收電路。

　　浪涌防護(hù)器的主要技術(shù)參數(shù)與要求

　　浪涌防護(hù)器的主要技術(shù)參數(shù)包括以下幾個方面：

　　1、防護(hù)水平(殘平)Up

　　浪涌防護(hù)器在通過浪涌電流時，保護(hù)器兩端的電壓差稱殘壓。防護(hù)水平是指在額定放電電流時，防護(hù)端的殘壓水平，即瞬時鉗位電壓的鉗制能力。這是選擇浪涌保護(hù)器的一個重要指標(biāo)，因為電氣、電子設(shè)備只能承受一定范圍的瞬時過電壓，如電話交換機(jī)要求小于1000V，主機(jī)控制部份要求700V，否則有可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞。

　　2、電壓

　　標(biāo)稱電壓Un：與被防護(hù)系統(tǒng)的額定電壓相符，例如：230/380V。

　　工作電壓：在電網(wǎng)電壓波動范圍內(nèi)具備正常運行的能力。

　　最大持續(xù)運行電壓Uc：加在浪涌防護(hù)器接線端的最大連續(xù)工作電壓的有效值。Uc值必須與標(biāo)稱電壓相符，在使用說明的規(guī)定范圍內(nèi)。

　　3、噪音衰耗

　　浪涌瞬態(tài)過壓一般都會引起微波和瞬態(tài)高頻噪